최근 터널 공사의 급증에 따라 터널의 안정성을 확보하기 위한 주지보재로 숏크리트를 타설하고 있다. 숏크리트는 굴착 중 터널의 안정성 뿐만 아니라 시공완료 후의 터널 안정성에도 중요한 역할을 하므로 숏크리트의 품질이 터널에 직접적인 영향을 미치게 된다. 특히 연약암반조건이나 용수부에서는 일반적인 급결제를 사용할 경우 숏크리트 타설량과 리바운드량이 증가하게 되어 경제성을 확보하기 어렵다. 또한 지하철 공사 시에는 분리굴착으로 시공하는 경우가 있어 공사기간이나 품질에 악영향을 줄 수 있다. 따라서 본 연구에서는 연약암반 터널공사에서 공기 및 공사비를 절감하고, 안정성을 확보할 수 있도록 급결성능을 강화시키고, 초기 압축강도 및 장기 압축강도를 확보할 수 있도록 조강형 및 알카리프리형 분말급결제의 성능을 평가하고자 한다.
최근 터널 공사의 급증에 따라 터널의 안정성을 확보하기 위한 주지보재로 숏크리트를 타설하고 있다. 숏크리트는 굴착 중 터널의 안정성 뿐만 아니라 시공완료 후의 터널 안정성에도 중요한 역할을 하므로 숏크리트의 품질이 터널에 직접적인 영향을 미치게 된다. 특히 연약암반조건이나 용수부에서는 일반적인 급결제를 사용할 경우 숏크리트 타설량과 리바운드량이 증가하게 되어 경제성을 확보하기 어렵다. 또한 지하철 공사 시에는 분리굴착으로 시공하는 경우가 있어 공사기간이나 품질에 악영향을 줄 수 있다. 따라서 본 연구에서는 연약암반 터널공사에서 공기 및 공사비를 절감하고, 안정성을 확보할 수 있도록 급결성능을 강화시키고, 초기 압축강도 및 장기 압축강도를 확보할 수 있도록 조강형 및 알카리프리형 분말급결제의 성능을 평가하고자 한다.
As there are increasing number of tunneling works these days, shotcrete is used as primary supports in order to secure the stability of tunnels. The quality of shotcrete has a direct influence on tunnels, because it is a primary support which secures the stability of completed tunnels as well as the...
As there are increasing number of tunneling works these days, shotcrete is used as primary supports in order to secure the stability of tunnels. The quality of shotcrete has a direct influence on tunnels, because it is a primary support which secures the stability of completed tunnels as well as the stability of tunnels under excavation. Especially in case that ordinary shotcrete is used under weak rock conditions or at water gushing sections, more shotcrete is needed and rebound ratio increases. As a result, it is hard to keep economic feasibility. In addition to it, in subway construction, there are cases of separated excavation and it may have a bad influence on construction period or quality. Therefore, in this study, we are going to evaluate the early strength of powder type accelerator.
As there are increasing number of tunneling works these days, shotcrete is used as primary supports in order to secure the stability of tunnels. The quality of shotcrete has a direct influence on tunnels, because it is a primary support which secures the stability of completed tunnels as well as the stability of tunnels under excavation. Especially in case that ordinary shotcrete is used under weak rock conditions or at water gushing sections, more shotcrete is needed and rebound ratio increases. As a result, it is hard to keep economic feasibility. In addition to it, in subway construction, there are cases of separated excavation and it may have a bad influence on construction period or quality. Therefore, in this study, we are going to evaluate the early strength of powder type accelerator.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 이러한 숏크리트용 급결제에 대하여 최근 동향 및 연약지반에 대한 굴착 시 조기에 터널 안정성을 확보 할 수 있는 분말형 급결제에 대하여 성능을 평가하고자 한다.
제안 방법
응결시간 측정은 급결제만 투입한 경우와 첨가재를포함한 상태로 나누어서 실험을 수행하였다.
모르타르 압축강도 실험에 이용한 변수는 표 8과 같이, 조강 고강도 발현용 혼합재인 첨가재를 혼합한 경우와 아닌 경우를 나누어서 비교하였다. 또한 본 실험에서 24시간 이내 강도발현특성을 파악하기 위하여 30분 1시간, 3시간, 24시간에 대한 시편을 제작하고, 장기강도을파악하기 위하여 3, 7, 28, 91일 시편을 제작하여 분석하였다.
아닌 경우를 나누어서 비교하였다. 또한 본 실험에서 24시간 이내 강도발현특성을 파악하기 위하여 30분 1시간, 3시간, 24시간에 대한 시편을 제작하고, 장기강도을파악하기 위하여 3, 7, 28, 91일 시편을 제작하여 분석하였다. 또한 국내에서 사용되고 있는 급결제와의 초기강도를 비교하기 위하여 액상형 알칼리-프리계 및 분말형 급결제에 대하여 비교시험을 수행하였다.
또한 본 실험에서 24시간 이내 강도발현특성을 파악하기 위하여 30분 1시간, 3시간, 24시간에 대한 시편을 제작하고, 장기강도을파악하기 위하여 3, 7, 28, 91일 시편을 제작하여 분석하였다. 또한 국내에서 사용되고 있는 급결제와의 초기강도를 비교하기 위하여 액상형 알칼리-프리계 및 분말형 급결제에 대하여 비교시험을 수행하였다. 모르타르 압축강도 실험은 KCI와 KS에 나타나 있는 실험법에 따라 4x4x4 cm의 몰드를 사용하였으며, W/C=50%, S/C=l:3 배합으로 수행하였다.
초기압축강도 특성을 국내 급결제와 비교분석하기 위하여 국내 분말형 급결제와 액상형 알칼리-프리계형 급결제를 사용하였다. 분말형 급결제와 액상형 급결제 사용량은 조강성을 확인하기 위하여 시멘트량의 10%를 사용하였다.
Mock-up 실험은 국내에서 수행한 결과를 이용하여 일본 제조회사에 있는 모형터널 실험장에서 수행하였다. Mock-up실험에서는 급결제의 조기 고강도 발현이 되는지와 조강성을 파악하기 위한 실험방법을 확인하고, 또한 숏크리트 장비로 시공하는 모습을 확인하여 시공성 및 적용성을 평가하는 것이다.
Mock-up실험에서 사용한 콘크리트 배합은 표 13과같이 일본에서 사용되는 표준배합을 현장 배합으로 수정하여 수행하였다. 또한 숏크리트 배합 재료는 일본 현지에서 사용하고 있는 재료를 선정하여 활용하였다.
그림 9는 Pull-out 시험체이며, 그림 10은 Pull-out시험을 하는 장면이다. 콘크리트에 대한 물성을 현장에서 직접 확인하였다. 표 14는 실험 내용 및 방법에 대하여 나타내었다.
대상 데이터
본 연구에 사용되는 급결제는 표 5와 같이 일본에서 개발한 제품으로 조강형인 Type-A와 알칼리-프리계인 Type-B 제품을 사용하였다.
수행하였다. 또한 숏크리트 배합 재료는 일본 현지에서 사용하고 있는 재료를 선정하여 활용하였다. 국내배합에 비해 일본에서는 유가 60%이며, 굵은 골재 최대치수가 13 mm인 것을 사용하고 있다.
이론/모형
응결시간 측정은 한국콘크리트 학회에서 제시한 “숏크리트용 급결제 품질기준”인 KCI-SC-102 규준에 따라 수행하였다. 표 6은 KCI-SC-102 기준에 대한 초결과 종결에 대한 기준이다.
또한 국내에서 사용되고 있는 급결제와의 초기강도를 비교하기 위하여 액상형 알칼리-프리계 및 분말형 급결제에 대하여 비교시험을 수행하였다. 모르타르 압축강도 실험은 KCI와 KS에 나타나 있는 실험법에 따라 4x4x4 cm의 몰드를 사용하였으며, W/C=50%, S/C=l:3 배합으로 수행하였다.
초기 강도를 확인하기 위해서 일본에서 실시하고 있는 시험방법인 ASTM C 900 인 “Standard Test Method for Pullout Strength of Hardened Concrete”를 적용츠} 였다. 그림 9는 Pull-out 시험체이며, 그림 10은 Pull-out시험을 하는 장면이다.
성능/효과
표 누는 콘크리트 물성에 대한 측정결과이다. 배합 특성상 슬럼프가 약 21±3.5 cm 이내로 워커빌리티나 유동성은 충분한 것으로 나타났다.
1. 응결시간측정결과, 첨가재의 경우 Type-A를 사용하는 배합 경우에 조강성을 발휘할 수 있는 것으로 볼 수 있으며, Type-B는 자체만으로도 빠른 응결을 나타났다. 또한 KCI 규준에 나타나 있는 응결시간 기준치인 초결 5분이내, 종결 15분 이내에 대한 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
2. 모르타르 압축강도 측정결과, 국내 강도 기준을 만족하였다. 특히 Type-A는 조강성 및 장단기 강도확보를 위해서는 첨가재를 혼합하여야 하는 것으로 나타났으며, Type-B는 응결실험결과와 압축강도 실험 결과에 나타나듯이 첨가재 혼합이 급결성과 강도 발현에 큰 도움이 되지 않으며, 오히려 급결제 자체만으로 사용하는 것이 조강성과 장단기 강도가 우수한 것으로 나타났다-
3. Mock-up 실험을 분석해 보면, 국내에서 수행하지 않는 초기 강도를 Pull-out실험을 통하여 초기강도를 측정하였으며, 타설 후 재령 초기인 30분 이내에 3 MPa을 확보할 수 있었다. 또한 1 일에 26.
5 MPa이 발현되어 초기강도 확보가 가능하였다. 또한 장기적인 깅도도 28일에 고강도인 45 MPa 이상 발현되어 장단기 강도발현에 우수한 성능을 나타냄을 확인하였다.
4. 국내 터널 공사에 적용성을 살펴보면, 초기 응결이 빠르고 조기에 높은 강도를 발현하는 Type-A 의 경우에는 지하철과 같은 도심지의 연약지반에 적용할 때 우수한 성능을 발휘할 것이라 판단한다. 또한 Type-B는 국내 급결제 중 알칼리-프리계에 대한 인식이 높아지고 있어 일반적인 터널 공사에 적용될 가능성이 높을 것이다.
응결시간측정결과, 첨가재의 경우 Type-A를 사용하는 배합 경우에 조강성을 발휘할 수 있는 것으로 볼 수 있으며, Type-B는 자체만으로도 빠른 응결을 나타났다. 또한 KCI 규준에 나타나 있는 응결시간 기준치인 초결 5분이내, 종결 15분 이내에 대한 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
후속연구
따라서 초기에 급결성능을 강화시키고, 장기적으로 압축강도가 안정적으로 발현될 수 있는 재료 및 공법을 적용하는 새로운 시도가 필요할 것이다.
제외시켰다. 이 두 가지 경우에 대한 원인에 대해서는 향후 추가적인 실험을 통하여 응결특성을 분석할 필요가 있을 것으로보여진다.
국내 터널 공사에 적용성을 살펴보면, 초기 응결이 빠르고 조기에 높은 강도를 발현하는 Type-A 의 경우에는 지하철과 같은 도심지의 연약지반에 적용할 때 우수한 성능을 발휘할 것이라 판단한다. 또한 Type-B는 국내 급결제 중 알칼리-프리계에 대한 인식이 높아지고 있어 일반적인 터널 공사에 적용될 가능성이 높을 것이다.
따라서, 국내 터널 설계 시, 알칼리 프리계라는 장점과분말급결제의 장점을 활용하고 연약지반에 대해서는 조강형 급결제를 적용함으로써 굴착방법개선 등을 통하여 공사 기간이나 경제성을 확보할 수 있도록 하는 방안이나 공법을 개발하는 것이 필요할 것으로 판단되어 진다.
참고문헌 (14)
박해균(2002), "고품질 숏크리트 개발을 위한 새로운 급결제 적용", 한국터널공학회 논문집, 제4권 1호, pp. 45-55.
EFNARC(1996), European Specification for Sprayed Concrete
한국도로공사(2001) "강섬유보강 숏크리트의 성능향상 및 품질기준 정립(II)", 한국도로공사
KS L 5103(1996), "길모아 침에 의한 시멘트의 응결시간 시험방법", 한국표준협회
JSCE D 102(1986), "吹府けコソクり？ト用 應結劑品質規格", JSCE, pp. 146-149.
ASTM C 1141(1995), "Standard Specification tor Admixture for Shotcrete", ASTM
ASTM C 1398(1998), "Standard Test Method for Laboratory Determination of Time Setting Hydraulic Cement Mortars Containing Additives for Shotcrete by the Use of Gillmore Needles", ASTM
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.